Was haben Sie herausgefunden?
Wir haben einen einheitlichen Rahmen für die Modellierung eines Teleoperationssystems entwickelt. Das besteht aus einem Exoskelett der oberen Gliedmaßen und dem Serviceroboter GARMI. Die Dynamik dieses sehnengesteuerten Exoskeletts wird über zwei Subsysteme modelliert: Über das Fernbetätigungssystem und über das Exoskelett mit seinen starren Gliedmaßen. Darüber hinaus haben wir die Dynamik von GARMI als „mobile Bimanipulator-Plattform“ abgeleitet. Das heißt, wir vereinfachen dieses System als eine mobile Basis mit zwei darauf montierten Armen zur Manipulation. Um den sicheren Betrieb von GARMI zu gewährleisten, setzen wir Regler ein, die Selbstkollisionen vermeiden und die Grenzen in der Beweglichkeit von Gelenken kennen.
Welchen Herausforderungen mussten Sie sich während des Projekts stellen?
Eine der größten Herausforderungen war die Modellierung der Reibung des Bowdenzugs des Exoskeletts, das durch die Vorspannung und die Krümmung des Seils beeinflusst wird. Die Kombination aus Nachgiebigkeit und hoher Reibung innerhalb des Seils erschwert die Dynamik und Modellierung der Fernsteuerung. Eine weitere Herausforderung bestand darin, eine stabile linearisierte Dynamik von GARMI zu erreichen. Insgesamt ist aufgrund der hohen Anzahl von Freiheitsgraden im System eine effiziente Berechnung für den Echtzeitregler erforderlich.
Welchen praktischen Nutzen haben Ihre Forschungsergebnisse?
Wir haben nun die Voraussetzungen für einen Reglerentwurf für die Teleoperation geschaffen. Dabei können wir die Dynamik des Exoskeletts mit einbeziehen. Die Folge: Interaktionskräfte zwischen menschlichem Arm und Exoskelett werden minimiert und so die mechanische Transparenz und die haptische Erfahrung des Exoskeletts verbessert.
Veröffentlichung auf der IROS
A Tactile Lightweight Exoskeleton for Teleoperation: Design and Control Performance;
Moein Forouhar, Hamid Sadeghian, Daniel Pérez-Suay, Abdeldjallil Naceri; IROS 2024
Interview: Sandra von Löbbecke
